一种超早强高延性低收缩砂浆及其制备方法与流程

本发明涉及纤维增强水泥基复合材料，具体为一种超早强高延性低收缩砂浆及其制备方法。

背景技术：

传统砂浆易发生脆性破坏，抗拉强度低、延性差，其固有缺陷缩短了结构的使用寿命，限制了材料的应用范围。工程纤维增强水泥基复合材料(ecc)是基于细观力学对纤维、基体及界面力学行为的分析，以超高延性为目标而设计出的新型建筑材料，拉伸时能产生类似于钢材的弹塑性变形行为，极限拉伸应变可达3％以上，可以很好地解决砂浆等传统水泥基材料存在的脆性开裂等问题。在实际的工程应用中，传统ecc的早期强度较低，达到设计强度需要养护较长一段时间，且由于其自身不含粗骨料，导致干燥收缩过大并引起相关耐久性问题，因而在对早期强度要求较高的工程中不具备优势。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种超早强高延性低收缩砂浆，本发明的另一目的是提供一种施工效率高、可重复性好的超早强高延性低收缩砂浆的制备方法。

技术方案：本发明所述的一种超早强高延性低收缩砂浆，包含以下重量份的物质：硫铝酸盐水泥60-76份，硅酸盐水泥4-12份，粉煤灰20-28份，细集料28-32份水18-24份，聚乙烯醇纤维1.5-2.0份。

其中，硫铝酸盐水泥是l.sac.42.5低碱度硫铝酸盐水泥。硅酸盐水泥是p.ii.42.5硅酸盐水泥。粉煤灰是i级粉煤灰。细集料是80-100目石英砂。聚乙烯醇纤维是密度1.3g/cm³、极限抗拉强度不小于1200mpa、极限延伸率不小于8％、弹性模量38.0gpa的聚乙烯醇短切纤维。水中溶有固含量大于等于20％的聚羧酸系减水剂。聚羧酸系减水剂为0.40-0.85份。

上述超早强高延性低收缩砂浆的制备方法，包含以下步骤：

a、将减水剂溶解在水中，加入预分散的聚乙烯醇纤维，形成混合体；

b、按重量配比将硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、粉煤灰和细集料以140-160r/min的转速搅拌1-5min；

c、再缓慢加入80-90wt％的混合体，以180-200r/min的转速搅拌3-6min；

d、最后加入剩余10-20wt％的混合体，以260-290r/min的转速搅拌2-4min，搅拌均匀，即得超早强高延性低收缩砂浆。

有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：

1、所制得砂浆的超早强、高延性、低收缩砂浆，在提高砂浆早期强度的同时，满足施工对其工作性能的要求，在提高施工效率的同时优化服役性能；

2、用国产聚乙烯醇纤维代替进口聚乙烯醇纤维，降低工程造价，用粉煤灰代替部分硫铝酸盐水泥和硅酸盐水泥，改善浆体的流动性和保水性，优化颗粒级配，使得砂浆中的纤维更易分散均匀。

附图说明

图1是本发明龄期3h、1d和28d的单轴拉伸试验应力-应变曲线图；

图2是本发明干燥收缩值随龄期变化曲线图。

具体实施方式

以下各实施例中，硫铝酸盐水泥是l.sac.42.5低碱度硫铝酸盐水泥，硅酸盐水泥是p.ii.42.5硅酸盐水泥，粉煤灰是i级粉煤灰，细集料是80-100目石英砂，聚乙烯醇纤维是密度1.3g/em³、长度12mm、直径38μm、极限抗拉强度不小于1200mpa、极限延伸率不小于8％、弹性模量38.0gpa的聚乙烯醇短切纤维。

以下各实施例所制得的试样的养护制度为：

用于立方体抗压强度试验及单轴拉伸试验的试件浇筑完成后带模放入标准养护室(温度20±2℃、相对湿度≥90％)，当测试龄期不超过1d时，养护至测试龄期后拆模并立即测试；当测试龄期超过1d时，养护1d后脱模，放入标准养护室养护至测试龄期测试。

用于干燥收缩性能试验的试件在标准养护室(温度20±2℃、相对湿度≥90％)中带模养护1d后脱模，放入水中(温度20±2℃)养护至7d，再转入养护箱(温度20±2℃、相对湿度60±5％)中养护至90d。

实施例1

超早强高延性低收缩砂浆按重量份数包括以下组分：硫铝酸盐水泥60份、硅酸盐水泥4份、粉煤灰24份、细集料32份、水20份，聚乙烯醇纤维1.9份，聚羧酸系减水剂0.6份。

具体制备方法包括以下步骤：

步骤一，将聚羧酸系减水剂溶解在水中，加入预分散的聚乙烯醇纤维，形成混合体；

步骤二，按照重量份数称取各组分，将硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、粉煤灰和细集料以140r/min的转速干搅拌2min；

步骤三，再缓慢加入80wt％溶有全部减水剂的水，以190r/min的转速湿搅拌3min，形成均匀浆体；

步骤四，最后加入剩余20wt％上述溶有聚羧酸系减水剂的水，以280r/min的转速湿搅拌2min，搅拌均匀即得超早强高延性低收缩砂浆。

实施例2

超早强高延性低收缩砂浆按重量份数包括以下组分：硫铝酸盐水泥64份、硅酸盐水泥8份、粉煤灰28份、细集料28份、水18份，聚乙烯醇纤维1.6份，聚羧酸系减水剂0.75份。

具体制备方法包括以下步骤：

步骤一，将聚羧酸系减水剂溶解在水中，加入预分散的聚乙烯醇纤维，形成混合体；

步骤二，按照重量份数称取各组分，将硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、粉煤灰和细集料以150r/min的转速干搅拌4min；

步骤三，再缓慢加入85wt％溶有聚羧酸系减水剂的水，以185r/min的转速湿搅拌5min，形成均匀浆体；

步骤四，最后加入剩余15wt％上述溶有聚羧酸系减水剂的水，以280r/min的转速湿搅拌3min，搅拌均匀即得超早强高延性低收缩砂浆。

实施例3

超早强高延性低收缩砂浆按重量份数包括以下组分：硫铝酸盐水泥76份、硅酸盐水泥10份、粉煤灰20份、细集料31份、水22份，聚乙烯醇纤维1.8份，聚羧酸系减水剂0.5份。

具体制备方法包括以下步骤：

步骤一，将聚羧酸系减水剂溶解在水中，加入预分散的聚乙烯醇纤维，形成混合体；

步骤二，按照重量份数称取各组分，将硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、粉煤灰和细集料以140r/min的转速干搅拌2min；

步骤三，再缓慢加入88wt％溶有聚羧酸系减水剂的水，以185r/min的转速湿搅拌5min，形成均匀浆体；

步骤四，最后加入剩余12wt％上述溶有聚羧酸系减水剂的水，以285r/min的转速湿搅拌2min，搅拌均匀即得超早强高延性低收缩砂浆。

实施例4

超早强高延性低收缩砂浆按重量份数包括以下组分：硫铝酸盐水泥68份、硅酸盐水泥12份、粉煤灰26份、细集料30份、水24份，聚乙烯醇纤维1.7份，聚羧酸系减水剂0.45份。制备方法与实施例2相同。

实施例5

超早强高延性低收缩砂浆的制备方法，包含以下步骤：

步骤一，将0.40份减水剂溶解在18份水中，加入预分散的1.5份聚乙烯醇纤维，形成混合体；

步骤二，将60份硫铝酸盐水泥、4份硅酸盐水泥、20份粉煤灰和28份细集料以140r/min的转速搅拌1min；

步骤三，再缓慢加入80wt％的混合体，以180r/min的转速搅拌3min；

步骤四，最后加入剩余20wt％的混合体，以260r/min的转速搅拌2min，搅拌均匀，即得超早强高延性低收缩砂浆。

实施例6

超早强高延性低收缩砂浆的制备方法，包含以下步骤：

步骤一，将0.85份减水剂溶解在24份水中，加入预分散的2.0份聚乙烯醇纤维，形成混合体；

步骤二，将76份硫铝酸盐水泥、12份硅酸盐水泥、28份粉煤灰和32份细集料以160r/min的转速搅拌5min；

步骤三，再缓慢加入90wt％的混合体，以200r/min的转速搅拌6min；

步骤四，最后加入剩余10wt％的混合体，以290r/min的转速搅拌4min，搅拌均匀，即得超早强高延性低收缩砂浆。

实施例7

超早强高延性低收缩砂浆的制备方法，包含以下步骤：

步骤一，将0.65份减水剂溶解在21份水中，加入预分散的1.7份聚乙烯醇纤维，形成混合体；

步骤二，将68份硫铝酸盐水泥、8份硅酸盐水泥、24份粉煤灰和30份细集料以150r/min的转速搅拌3min；

步骤三，再缓慢加入85wt％的混合体，以190r/min的转速搅拌5min；

步骤四，最后加入剩余15wt％的混合体，以275r/min的转速搅拌3min，搅拌均匀，即得超早强高延性低收缩砂浆。

对比例1

砂浆按重量份数包括以下组分：硫铝酸盐水泥64份、硅酸盐水泥0份、粉煤灰28份、细集料28份、水18份；以硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、粉煤灰、细集料和水混合均匀后的总体积为基数，聚乙烯醇纤维的体积掺量为2.0％；所用的组分水中溶有固含量不低于20％的聚羧酸系减水剂，聚羧酸系减水剂掺量为硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥和粉煤灰总质量的0.6％。制备方法与实施例2相同。

对比例2

砂浆按重量份数包括以下组分：硫铝酸盐水泥64份、硅酸盐水泥8份、粉煤灰64份、细集料28份、水18份；以硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、粉煤灰、细集料和水混合均匀后的总体积为基数，聚乙烯醇纤维的体积掺量为2.0％；所用的组分水中溶有固含量不低于20％的聚羧酸系减水剂，聚羧酸系减水剂掺量为硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥和粉煤灰总质量的0.6％。制备方法与实施例2相同。

对按实施例1～4及对比例1～2配合比、制备方法和养护制度而成型的100mm立方体试件，参照gb/t50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行立方体抗压强度试验，测3h、1d、28d龄期的立方体抗压强度。实施例1～4及对比例1～2的具体立方体抗压强度值见表1。

对按实施例1～4及对比例1～2配合比、制备方法和养护制度而成型的哑铃型试件，参照jc/t2461-2018《高延性纤维增强水泥基复合材料力学性能试验方法》进行单轴拉伸试验，测3h、1d、28d龄期的延性。实施例1在3h、1d、28d龄期的单轴拉伸试验应力-应变曲线如图1所示，实施例1～4及对比例1～2的具体单轴拉伸延性见表1。

对按实施例1～4及对比例1～2配合比、制备方法和养护制度而成型的40mm×40mm×160mm试件，参照gb/t29417-2012《水泥砂浆和混凝土干燥收缩开裂性能试验方法》进行干燥收缩性能试验，测90d龄期内的干燥收缩值。实施例1及对比例1～2的干燥收缩值随龄期的变化曲线如图2所示，实施例1～4及对比例1～2的具体干燥收缩值见表1。

表1实施例1～4及对比例1～2所制得的砂浆的性能参数对比

由表1可以看出，实施例1～4的立方体抗压强度龄期3h均不低于35mpa、龄期1d均不低于45mpa、龄期28d均不低于65mpa，即所制备的砂浆是一种超早强砂浆；实施例1～4的单轴拉伸延性龄期3h均不低于5％、龄期1d不低于4％、龄期28d不低于3％，即所制备的超早强砂浆也是一种超早强高延性砂浆；实施例1～4的干燥收缩值在龄期90d时均不大于400με，低于普通混凝土的500-900με，即所制备的超早强高延性砂浆也是一种超早强高延性低收缩砂浆。